2021年4月8日
大多数材料欧洲杯足球竞彩在加热时从固体变成液体。一个罕见的反例是氦-3，它可以在加热时固化。
由Shahal Ilani教授领导的魏茨曼科学研究所的一个研究小组说，这种反直觉和奇异的效应，称为Pomerachuk效应，现在可能已经在一种称为魔角石墨烯的材料中发现了它的电子类似物，与麻省理工学院（MIT）Pablo Jarillo Herrero教授的团队合作。欧洲杯线上买球
这个结果发表在今天的自然界这要归功于首次测量原子薄二维材料中的电子熵。熵描述了物质的无序程度，并决定了在不同温度下哪个相是稳定的伊拉尼解释道。“我们的团队建立了测量魔角石墨烯电子熵的方法，以解决其一些突出的谜团，但发现了另一个惊喜”。
巨磁熵
熵是一个基本的物理量，不容易掌握或直接测量。在低温下，导电材料中的大部分自由度都会冻结，只有电子贡献了熵。在大块材料中，有大量的电子，因此可以测量它们的热容，并由此推断熵。在原子薄的二维材料中，由于电子数量少，这样的测量变得非常具有挑战性。到目前为止，还没有实验成功地测量了这种系统中的熵。欧洲杯足球竞彩
为了测量熵，魏茨曼团队使用了一种独特的扫描显微镜，该显微镜由位于扫描探针悬臂梁边缘的碳纳米管单电子晶体管组成。该仪器能够以前所未有的灵敏度对材料中电子产生的静电势进行空间成像。基于连接材料不同热力学性质的麦克斯韦关系，人们可以使用这些静电测量直接探测电子的熵。
“当我们在高磁场下进行测量时，熵看起来绝对正常，符合常规（费米）的预期行为电子的液体，这是电子在低温下存在的最标准状态。然而，令人惊讶的是，在零磁场下，电子表现出巨大的过剩熵，其存在非常神秘。”伊拉尼说。当系统中的电子数约为幻角石墨烯中形成的人工“超晶格”的每个位置一个时，这种巨熵就出现了。
石墨烯扭曲层中的人工“超晶格”
石墨烯是一种单原子厚的碳原子晶体，排列在六边形晶格中。当两片石墨烯薄片以一个小而特殊的角度(或者说“神奇的”错位角度)相互叠置时，就会出现一个周期性的moiré图案，为材料中的电子充当一个人造的“超晶格”。Moiré图案是一种流行的面料效果，当一个网格以轻微的角度叠加在另一个网格上时，图案就会出现。
在幻角石墨烯中，电子有四种味道：自旋“向上”或自旋“向下”，以及两个“谷”。因此，每个云纹位点最多可以容纳四个电子，每种味道一个。
研究人员已经知道，当moiré的所有位置都完全满的时候(每个位置有四个电子)，这个系统表现为一个简单的绝缘体。然而，2018年，Jarillo-Herrero教授和同事们惊讶地发现，它可以在其他整数填充(每个moiré网站有两个或三个电子)上绝缘，这只能在电子形成相关状态的情况下才能解释。然而，在每个moiré位置填充一个电子的附近，绝大多数输运测量表明，该系统相当简单，表现为普通金属。这正是Weizmann-MIT团队的熵测量发现的最令人惊讶的结果。
“与在每个云纹点填充一个电子附近的输运行为相比，我们的测量结果表明，热力学上，最显著的相变发生在该填充处。”这项研究的主要作者之一Asaf Rozen博士说。“我们意识到，在这种填充附近，当加热材料时，一种相当传统的费米液体转变成具有巨磁熵的相关金属。只有当每个莫尔站点都有完全自由波动的自由度时，才能解释这种巨熵（每个格点约1个玻尔兹曼常数）。”。
波美兰丘克效应的电子模拟物
“这种不寻常的过量熵让我们想起了大约70年前在氦-3中发现的一种奇异效应”，魏茨曼理论家埃雷斯·伯格教授说。大多数材料在欧洲杯足球竞彩加热时会从固体转变为液体。这是因为液体的熵总是比固体大，因为原子在液体中的运动比在固体中更不稳定然而，在氦-3中，在相图的一小部分中，材料的行为完全相反，温度较高的相是固体。苏联理论物理学家伊萨克·波梅兰丘克（Isaak Pomerachuk）在20世纪50年代预测的这种行为，只能用系统中另一个“隐藏”的熵源的存在来解释。在氦-3的例子中，这个熵来自自由旋转的核自旋。“每个原子的原子核都有一个自旋（一个可以指向任何方向的‘箭头’）”伯格解释道。“在液氦-3中，由于泡利不相容原理，自旋的一半必须向上，一半必须向下，所以自旋不能自由旋转。然而，在固相中，原子是局域的，永远不会靠近彼此，所以它们的核自旋可以自由旋转。”
“我们在相关态中观察到的每云纹一个电子的巨过剩熵类似于固体氦-3中的熵，但在幻角石墨烯的情况下，我们有电子和电子自旋（或谷磁矩），而不是原子和核自旋。”，他说。
磁相图
为了进一步建立与波美拉查克效应的关系，研究小组对相图进行了详细的测量。这是通过测量系统中电子的“可压缩性”来完成的——也就是说，将额外的电子挤压到给定的晶格位置有多难(该团队之前的工作在扭曲双分子层石墨烯中演示了这种测量)。这个测量显示了两个明显的相，它们被压缩性的急剧下降分开:一个低熵的电子类液相，和一个具有自由磁矩的高熵类固相。通过跟踪压缩性的下降，研究人员绘制了两相之间的边界作为温度和磁场的函数，证明了相边界的行为与波美拉查克效应的预期完全一致。
“这一新结果挑战了我们对幻角石墨烯的理解。”伯格说。“我们想象这种材料中的相是简单的——导电的或绝缘的，并期望在如此低的温度下，所有的电子涨落都被冻结。事实并非如此，正如巨磁熵所显示的那样。”。
“新发现将为强关联电子系统的物理学提供新的见解，甚至可能有助于解释这种波动的自旋如何影响超导性。”他补充道。
研究人员承认，他们还不知道如何解释魔法角石墨烯中的波美拉查克效应。它是否和氦-3中一样，在固相中的电子彼此保持着很大的距离，使它们的磁矩保持完全自由“我们不确定，”伊拉尼承认，“由于我们观察到的相位具有‘spit个性’——它的一些性质与流动电子有关，而其他性质只能通过将电子视为局域在晶格上来解释。”。
沙哈尔·伊拉尼教授的研究得到了萨戈尔·魏茨曼麻省理工学院桥梁项目的支持；安德烈·德洛罗科学研究奖；Rosa和Emilio Segre研究奖；莱昂娜·M·和哈里·B·赫尔姆斯利慈善信托基金。
Erez Berg教授的研究得到了Irving和Cherna Moskowitz的支持。
尤瓦尔·奥雷格教授的研究得到了戴维斯夫人实验物理教授主席的支持。奥雷格教授是莫里斯和加布里埃拉·戈德施莱格纳米物理中心的负责人。
Ady Stern教授的研究得到了Veronika A.Rabl物理自由裁量基金和Zuckerman STEM领导力项目的支持。
来源:https://www.weizmann.ac.il/pages/